सिलिकॉन कार्बाइड सिरेमिक की "क्लोन तकनीक": पाँच मुख्यधारा प्रकारों का विश्लेषण

सिलिकॉन कार्बाइड (SiC) सिरेमिकअपने निम्न तापीय प्रसार गुणांक, उच्च तापीय चालकता, उच्च कठोरता और उत्कृष्ट तापीय एवं रासायनिक स्थिरता के कारण, ये उच्च-तापमान संरचनात्मक सिरेमिक के क्षेत्र में प्रमुख सामग्री बन गए हैं। इनका व्यापक रूप से एयरोस्पेस, परमाणु ऊर्जा, सैन्य और अर्धचालक जैसे प्रमुख क्षेत्रों में उपयोग किया जाता है।
हालाँकि, SiC के अत्यंत प्रबल सहसंयोजक बंध और कम विसरण गुणांक इसके घनत्व को कठिन बनाते हैं। इस उद्देश्य से, उद्योग ने विभिन्न सिंटरिंग तकनीकें विकसित की हैं, और विभिन्न तकनीकों द्वारा तैयार SiC सिरेमिक की सूक्ष्म संरचना, गुणों और अनुप्रयोग परिदृश्यों में महत्वपूर्ण अंतर हैं। यहाँ पाँच मुख्यधारा सिलिकॉन कार्बाइड सिरेमिक की मुख्य विशेषताओं का विश्लेषण दिया गया है।
1. गैर दबाव सिंटर SiC सिरेमिक (S-SiC)
मुख्य लाभ: बहु-मोल्डिंग प्रक्रियाओं के लिए उपयुक्त, कम लागत, आकार और माप की सीमाओं से मुक्त, यह बड़े पैमाने पर उत्पादन प्राप्त करने के लिए सबसे आसान सिंटरिंग विधि है। ऑक्सीजन की अल्प मात्रा वाले β-SiC में बोरॉन और कार्बन मिलाकर और लगभग 2000 ℃ तापमान पर एक निष्क्रिय वातावरण में सिंटरिंग करके, 98% के सैद्धांतिक घनत्व वाला एक सिंटरिंग पिंड प्राप्त किया जा सकता है। दो प्रक्रियाएँ हैं: ठोस अवस्था और द्रव अवस्था। ठोस अवस्था में उच्च घनत्व और शुद्धता के साथ-साथ उच्च तापीय चालकता और उच्च तापमान क्षमता होती है।
विशिष्ट अनुप्रयोग: घिसाव-रोधी और संक्षारण-रोधी सीलिंग रिंगों और स्लाइडिंग बियरिंग्स का बड़े पैमाने पर उत्पादन; इसकी उच्च कठोरता, कम विशिष्ट गुरुत्व और अच्छे बैलिस्टिक प्रदर्शन के कारण, इसका व्यापक रूप से वाहनों और जहाजों के लिए बुलेटप्रूफ कवच के रूप में, साथ ही नागरिक तिजोरियों और नकदी परिवहन वाहनों की सुरक्षा के लिए उपयोग किया जाता है। इसका बहु-हिट प्रतिरोध साधारण SiC सिरेमिक से बेहतर है, और बेलनाकार हल्के सुरक्षात्मक कवच का फ्रैक्चर पॉइंट 65 टन से अधिक तक पहुँच सकता है।
2. प्रतिक्रिया सिंटरित SiC सिरेमिक (RB SiC)
मुख्य लाभ: उत्कृष्ट यांत्रिक प्रदर्शन, उच्च शक्ति, संक्षारण प्रतिरोध और ऑक्सीकरण प्रतिरोध; कम सिंटरिंग तापमान और लागत, लगभग शुद्ध आकार बनाने में सक्षम। इस प्रक्रिया में कार्बन स्रोत को SiC पाउडर के साथ मिलाकर एक बिलेट बनाया जाता है। उच्च तापमान पर, पिघला हुआ सिलिकॉन बिलेट में प्रवेश करता है और कार्बन के साथ अभिक्रिया करके β-SiC बनाता है, जो मूल α-SiC के साथ मिलकर छिद्रों को भर देता है। सिंटरिंग के दौरान आकार में परिवर्तन छोटा होता है, जिससे यह जटिल आकार के उत्पादों के औद्योगिक उत्पादन के लिए उपयुक्त हो जाता है।
विशिष्ट अनुप्रयोग: उच्च तापमान भट्ठा उपकरण, रेडिएंट ट्यूब, हीट एक्सचेंजर्स, डिसल्फराइजेशन नोजल; इसके कम तापीय विस्तार गुणांक, उच्च लोचदार मापांक और नेट बनाने की विशेषताओं के कारण, यह अंतरिक्ष परावर्तकों के लिए एक आदर्श सामग्री बन गया है; यह इलेक्ट्रॉनिक ट्यूब और अर्धचालक चिप विनिर्माण उपकरणों के लिए सहायक स्थिरता के रूप में क्वार्ट्ज ग्लास को भी बदल सकता है।

3. गर्म दबाव वाले सिंटर्ड SiC सिरेमिक (HP SiC)
मुख्य लाभ: उच्च तापमान और उच्च दबाव के तहत तुल्यकालिक सिंटरिंग, पाउडर थर्मोप्लास्टिक अवस्था में होता है, जो द्रव्यमान स्थानांतरण प्रक्रिया के लिए अनुकूल है। यह कम तापमान और कम समय में महीन कणों, उच्च घनत्व और अच्छे यांत्रिक गुणों वाले उत्पादों का उत्पादन कर सकता है, और पूर्ण घनत्व और लगभग शुद्ध सिंटरिंग अवस्था प्राप्त कर सकता है।
विशिष्ट अनुप्रयोग: मूल रूप से वियतनाम युद्ध के दौरान अमेरिकी हेलीकॉप्टर चालक दल के सदस्यों के लिए बुलेटप्रूफ वेस्ट के रूप में उपयोग किया जाता था, कवच बाजार को गर्म दबाए गए बोरॉन कार्बाइड द्वारा प्रतिस्थापित किया गया था; वर्तमान में, इसका उपयोग ज्यादातर उच्च मूल्य वर्धित परिदृश्यों में किया जाता है, जैसे कि संरचना नियंत्रण, शुद्धता और घनत्व के लिए अत्यधिक उच्च आवश्यकताओं वाले क्षेत्र, साथ ही पहनने के लिए प्रतिरोधी और परमाणु उद्योग क्षेत्र।
4. पुनःक्रिस्टलीकृत SiC सिरेमिक (R-SiC)
मुख्य लाभ: सिंटरिंग सहायक सामग्री जोड़ने की आवश्यकता नहीं, यह अति-उच्च शुद्धता और बड़े SiC उपकरण तैयार करने की एक सामान्य विधि है। इस प्रक्रिया में मोटे और महीन SiC चूर्णों को अनुपात में मिलाकर उन्हें 2200 से 2450°C पर निष्क्रिय वातावरण में सिंटरिंग करके तैयार किया जाता है। महीन कण, मोटे कणों के संपर्क में आने पर वाष्पित और संघनित होकर सिरेमिक बनाते हैं, जिसकी कठोरता हीरे के बाद दूसरे स्थान पर है। SiC में उच्च तापमान शक्ति, संक्षारण प्रतिरोध, ऑक्सीकरण प्रतिरोध और तापीय आघात प्रतिरोध होता है।
विशिष्ट अनुप्रयोग: उच्च तापमान भट्ठा फर्नीचर, हीट एक्सचेंजर्स, दहन नोजल; एयरोस्पेस और सैन्य क्षेत्रों में, इसका उपयोग अंतरिक्ष यान संरचनात्मक घटकों जैसे इंजन, पूंछ पंख और धड़ के निर्माण के लिए किया जाता है, जो उपकरण प्रदर्शन और सेवा जीवन में सुधार कर सकता है।
5. सिलिकॉन घुसपैठ SiC सिरेमिक (SiSiC)
मुख्य लाभ: औद्योगिक उत्पादन के लिए सबसे उपयुक्त, कम सिंटरिंग समय, कम तापमान, पूर्णतः सघन और अविकृत, SiC मैट्रिक्स और अंतःस्यंदित Si चरण से निर्मित, दो प्रक्रियाओं में विभाजित: द्रव अंतःस्यंदन और गैस अंतःस्यंदन। उत्तरार्द्ध की लागत अधिक होती है, लेकिन मुक्त सिलिकॉन का घनत्व और एकरूपता बेहतर होती है।
विशिष्ट अनुप्रयोग: कम छिद्र, अच्छी वायुरोधीता और कम प्रतिरोध स्थैतिक बिजली को खत्म करने के लिए अनुकूल हैं, बड़े, जटिल या खोखले भागों के उत्पादन के लिए उपयुक्त हैं, व्यापक रूप से अर्धचालक प्रसंस्करण उपकरणों में उपयोग किया जाता है; इसके उच्च लोचदार मापांक, हल्के वजन, उच्च शक्ति और उत्कृष्ट वायुरोधीता के कारण, यह एयरोस्पेस क्षेत्र में पसंदीदा उच्च प्रदर्शन सामग्री है, जो अंतरिक्ष वातावरण में भार का सामना कर सकती है और उपकरण सटीकता और सुरक्षा सुनिश्चित कर सकती है।